专利名称：输电线路绝缘子污秽监测器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种输电线路绝缘子污秽监测器件，用于输电线路绝缘子污秽度的监测。
背景技术：
输变电线路上的污秽在线监测，通常有电学和光学两种定量方法。传统使用表面电导法通过测量运行高压作用下流过绝缘子表面的电流大小来确定表面污层的电导率及相应的等值盐密。受污秽的不均匀度的影响，导致该方法的分散性较大，另外表面电流仅在较高湿度下能作有效测量，限制了该方法的环境适应性。最近出现的光传感测量法通过污秽在光学传感器表面的作用影响其内部光反射，探测光传输的变化来折算表面污秽密度。该技术应用方便，光全反射的均匀性使得测量值与污秽度的关系较为稳定，缺点是光传感的对应物是传感器上的污秽，并非直接监测绝缘子的污秽，二者积污特性的对应关系比较复杂。本申请人申请了《激光污秽传感器》(专利号:201010114187.X)，它的传感部分由圆弧形石英棒构成，通过石英棒上吸附的污秽物对光传输损耗的影响来计算污秽度，石英棒悬空并暴露于空气中，其积污效果由其自身结构外形和材料来决定，因此计算得到的污秽度仅表示此特殊形式的积污情况。高纯度石英棒的制作工艺要求较高，且石英棒形状难调制，易碎等特征限制了其应用范围。
发明内容
本发明的目的是针对绝缘子和现有光传感器的积污特征的不同，两者对应关系较为复杂的情况，提供一种输电线路绝缘子污秽监测器件，模拟绝缘子外形的光传感器，使传感器上的积污与绝缘子的积污趋于一致，使得传感器上测量到的污秽可以直接代表同步绝缘子上的污秽。 实现本发明的技术方案如下:输电线路绝缘子污秽监测器件，包括一个激光器、两根光纤束、一个塑料光纤传感器、一个光电探测器、一个温湿度传感器、至少三个仿绝缘子外形中空的结构体、连接直筒、电源、控制电路；其特征在于:所有仿绝缘子外形的中空结构体通过连接直筒连接成一体为绝缘子串形状，激光器通过一根光纤束与塑料传感器输入端连接，塑料传感器的输出端通过另一根光纤束与光电探测器连接，塑料光纤传感器和温湿度传感器分别固定于中间的中空结构体表面上，激光器、光电探测器分别封装于中间的中空结构体内部，电源和控制电路分别封装于剩余中空结构体内部，电源为激光器、光电探测器、控制电路供电，控制电路分别与激光器、光电探测器、温湿度传感器连接成回路。所述的塑料光纤传感器为塑料光纤，塑料光纤的包层部分抛光作为传感区。塑料光纤表面抛光点均匀地分布于中间的中空结构体的表面，但总抛光长度为固定值，塑料光纤与仿绝缘子形状的结构体表面为紧密连接，器件安装在输电线路杆塔或者变电站附近，通过与现场空气污染物的接触实现污秽传感。本发明的外形为仿绝缘子串(至少3片绝缘子串联)的中空结构形式，塑料光纤传感器以及温湿度传感器位于中间的中空结构体表面上，激光器、光电探测器位于中间中空结构体内部；控制电路、电源分别位于上下两个中空结构体内。塑料光纤传感器作为污秽传感器，放置到中间结构体上，是基于模拟绝缘子串积污特性的考虑，通常一串绝缘子的靠中间片其上方下有一定遮挡，其积污效果可以代表整串的积污情况，因此中间结构体表面恰当设置的传感器可以较好地代表整个绝缘子串外形的整体积污。温湿度传感器用于测量环境的温度和湿度，将其安装于污秽传感器附近，尽可能真实地反映积污的气象条件。气象信息与光纤测量信息一起作为污秽度计算的输入参量。控制电路使用单片机编程实现对电源供电、激光器、光电探测器、温湿度传感器的开关控制并进行数据采集记录。污秽度的计算基本原理是光纤传输中全反射被破坏的效果。激光器输出的单色光在光纤中的传输是依赖于光纤内表面产生的全反射现象，这一现象要求反射界面外表面的折射率显著地低于光纤材料本身，例如空气的折射率。如果光纤外表面被污秽物覆盖，则界面外表面介质的折射率趋于接近光纤的折射率，全反射条件无法维持，光传输产生部分损失。表面覆盖污秽物的多少反映到光纤末端输出的光强弱，则可以依此计算污秽度的大小。本发明可较好地同步在线绝缘子的积污效果，为污秽监测提供较高精度的结果。
图1为本发明的探测结构示意图。图2为本发明的整体结构示意图。图3为本发明的测量原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行关于具体实施的说明。如图1、图2所示，本发明包括一个激光器、两根光纤束、一个塑料光纤传感器4、一个光电探测器、一个温湿度传感器7、三个仿绝缘子外形中空的结构体(1，2,3)、连接直筒5、电源、控制电路；其特征在于:所有仿绝缘子外形的中空结构体(1，2，3)通过连接直筒5连接成一体为绝缘子串形状，激光器通过一根光纤束与塑料传感器4输入端连接，塑料传感器4的输出端通过另一根光纤束与光电探测器连接，塑料光纤传感器4和温湿度传感器7分别固定于中间的结构体2表面上，激光器、光电探测器分别封装于中间的结构体2内部，电源和控制电路分别封装于另二个结构体内部，电源为激光器、光电探测器、控制电路供电，控制电路分别与激光器、光电探测器、温湿度传感器连接成回路。所述的塑料光纤传感器4为塑料光纤，塑料光纤的包层部分抛光作为传感区。塑料光纤与仿绝缘子形状的结构体2表面为紧密连接，本发明安装在输电线路杆塔或者变电站附近，通过与现场空气污染物的接触实现污秽传感。本发明的激光器具有稳定的输出功率，引入和引出的两根光纤束的光I禹合效率稳定，且包括塑料光纤在内本身产生的光损失尽可能地小。本发明中，塑料光纤在结构体表面的缠绕形式是均匀的，均匀分布的塑料光纤才可保证对绝缘子形状的模拟效果。塑料光纤表面抛光点均勻地分布于结构体的表面，但控制其总抛光长度为固定值，以便于控制其量程和灵敏度。本发明的结构参考图2，最基本地包括3个绝缘子外形的中空结构体及其互相之间的直筒连接。3个连成一体的绝缘子外形的中空结构体通过仿绝缘子钢帽6直接固定在输电铁塔金具上，塑料光纤4作嵌入式安装到中间的绝缘子外形中空结构体2的表面，通过部分抛光作为污秽传感器。激光器、光电探测器、以及引入和引出光纤束均安装到中间的中空结构体2的内部。电源安装到上部的中空结构体I的内部,通过直筒5内部导线与激光器、探测器、温湿度传感器、以及控制电路实现电路连接。控制电路安装在下部的结构体3的内部，同样通过中间中空结构体2和下部的中空结构体3之间直筒5进行连接。温湿度传感器7安装于中间的中空结构体2的上端凸出部并暴露于外界环境中。上部的中空结构体I的凸出部分6提供设备整体与外部进行连接固定所需的结构以及强度。安装到中间的中空结构体2表面的塑料光纤传感器通过开槽并抛光的方式实现，事先在绝缘子外形的中间的中空结构体2上按照塑料光纤的半径开好螺旋形缠绕的空槽，将带有包层的塑料光纤嵌入其中，之后再对设定的抛光位置抛光为平整的表面，达到模拟绝缘子外形的积污效果。控制电路通过程序式启动实现对探测过程的控制，每隔一定的时间，启动激光器发射激光，并将光电探测器输出的信号S记录下来，同时发出信号由温湿度传感器读入当时环境的温度和湿度。传感器上无污秽时的信号设为SI，有污秽时测量值变为S2，则可以计算当时光通量F= S2/ SI，一天之中多次测量得到的光通量以及同步的温度，湿度保存后作为计算污秽度所需的数据。污秽度的计算主要是基于光的衰减程度，缠绕并作部分区域抛光的塑料光纤等效为与抛光总面积S等面积的同半径圆柱形光导纤维，污秽在该面积上造成的光衰减与污秽量有确定的关系。污秽度的表征分为盐密和灰密，分别代表污秽中的可溶盐与不可溶物，两者对光损失的影响不同，盐造成折射，灰造成散射，参考图3，反映到光衰减随着气象条件的变化有所区别。运用神经网络算法，将一天内采集的数据作为输入，使用经过训练的神经网络模型，计算得到当天的污秽度，即盐密和灰密。
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将本发明用于高压输电线路的污秽监测，零挂于杆塔横担或者取代几片在线运行绝缘子作带电运用，悬垂式或者耐张式安装可选，较真实地表征线路各种绝缘形式下的污秽情况。
权利要求
1.输电线路绝缘子污秽监测器件，包括一个激光器、两根光纤束、一个塑料光纤传感器、一个光电探测器、一个温湿度传感器、至少三个仿绝缘子外形中空的结构体、连接直筒、电源、控制电路；其特征在于:所有仿绝缘子外形的中空结构体通过连接直筒连接成一体为绝缘子串形状，激光器通过一根光纤束与塑料传感器输入端连接，塑料传感器的输出端通过另一根光纤束与光电探测器连接，塑料光纤传感器和温湿度传感器分别固定于中间的中空结构体表面上，激光器、光电探测器分别封装于中间的结构体内部，电源和控制电路分别封装于剩余中空结构体内部，电源为激光器、光电探测器、控制电路供电，控制电路分别与激光器、光电探测器、温湿度传感器连接成回路。
2.根据权利要求1所述的输电线路绝缘子污秽监测器件，其特征在于:所述的塑料光纤传感器为塑料光纤，塑料光纤的包层部分抛光作为传感区。
3.根据权利要求1所述的输电线路绝缘子污秽监测器件，其特征在于:塑料光纤表面的抛光点均勻地分布于结 构体的表面，但总抛光长度为固定值。
全文摘要
本发明涉及输电线路绝缘子污秽监测器件，结构为所有仿绝缘子外形的中空结构体通过连接直筒连接成一体为绝缘子串形状，激光器通过一根光纤束与塑料传感器输入端连接，塑料传感器的输出端通过另一根光纤束与光电探测器连接，塑料光纤传感器和温湿度传感器分别固定于中间的中空结构体表面上，激光器、光电探测器分别封装于中间的中空结构体内部，电源和控制电路分别封装于剩余中空结构体内部，电源为激光器、光电探测器、控制电路供电，控制电路分别与激光器、光电探测器、温湿度传感器连接成回路。本发明可较好地同步在线绝缘子的积污效果，为污秽监测提供较高精度的结果。
文档编号G01N21/55GK103234983SQ20131015269
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月27日 优先权日2013年4月27日
发明者罗兵, 李立浧, 张晓亮, 李敏, 张巍, 张贵峰 申请人:南方电网科学研究院有限责任公司, 武汉康普常青软件技术有限公司